金发行星可能会发展出更复杂的生命
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艺术家对系外行星的印象，显示了倾斜的旋转轴（改编自 NASA 原始图像）。图片来源：美国宇航局喷气推进实验室
“倾斜”的金发行星可能会发展出更复杂的生命
戈德施密特会议
2021 年 7 月 8 日
像地球这样沿轴倾斜的行星更有能力进化复杂的生命。这一发现将帮助科学家改进在系外行星上寻找更高级生命的过程。这项由 NASA 资助的研究在戈德施密特 地球化学会议上发表。
因为系外行星（首次发现行星环绕遥远恒星）在1992年，科学家们一直在寻找世界可能支持生命。人们相信，为了维持基本的生命，系外行星需要与它们的恒星保持适当的距离，以允许液态水存在；所谓的“金发姑娘区”。然而，对于更高级的生活，其他因素也很重要，尤其是大气中的氧气。
氧气在呼吸作用中起着至关重要的作用，呼吸作用是驱动大多数复杂生物新陈代谢的化学过程。一些基本生命形式产生少量氧气，但对于更复杂的生命形式，如植物和动物，氧气至关重要。尽管存在基本的生命形式，但早期地球几乎没有氧气。
科学家们制作了一个复杂的模型，说明地球上生命能够产生氧气所需的条件。该模型允许他们输入不同的参数，以显示行星上不断变化的条件如何改变光合生命产生的氧气量。
首席研究员斯蒂芬妮·奥尔森 （普渡大学）说：“该模型使我们能够改变诸如昼长、大气量或陆地分布等因素，以了解海洋环境和海洋中的产氧生物如何做出反应。”
研究人员发现，日照增加、表面压力升高和大陆的出现都会以可能增加氧气产量的方式影响海洋环流模式和相关的营养物质运输。他们认为，随着地球自转速度减慢、大陆扩张以及地表压力随时间增加，这些关系可能促进了氧气向大气的转移，从而促进了地球的氧化作用。
参与这项研究的芝加哥大学研究生梅根·巴内特 (Megan Barnett) 解释说：“当我们对‘轨道倾角’进行建模时，最有趣的结果出现了——换句话说，行星在围绕其恒星旋转时如何倾斜。” 她继续说道，“在我们的模型中，更大的倾斜增加了海洋中光合氧气的产生，部分原因是提高了生物成分的回收效率。其效果类似于将维持生命的营养物质的数量增加一倍。”
地球的球体在其轴上倾斜 23.5 度。这给了我们我们的季节，地球的某些部分在夏季比冬季接受更多的直射阳光。然而，并非我们太阳系中的所有行星都像地球一样倾斜：天王星倾斜 98 度，而水星根本不倾斜。“相比之下，比萨斜塔的倾斜度约为 4 度，因此行星的倾斜度可能相当大，”巴内特说。
奥尔森博士继续说道：“在另一颗行星上寻找生命时需要考虑几个因素。这颗行星需要与其恒星保持适当的距离，以允许液态水和生命起源的化学成分。但并非所有的海洋都会成为我们所知的生命的伟大宿主，甚至更小的子集将拥有适合生命发展到动物级复杂性的栖息地。具有类似天王星倾斜的行星上的小倾斜或极端季节性可能会限制生命的增殖，但适度行星在其地轴上倾斜可能会增加它形成含氧大气的可能性，该大气可以作为微生物生命的灯塔并为大型生物的新陈代谢提供燃料。底线是，在地轴上适度倾斜的世界可能更有可能进化复杂的生命. 这有助于我们缩小对宇宙中复杂甚至智能生命的搜索范围。”
加利福尼亚大学河滨分校地球与行星科学系生物地球化学杰出教授蒂莫西·莱昂斯评论说：“地球上第一次生物生产氧气及其在大气和海洋中的第一次明显积累是地球生命史上的里程碑。地球研究告诉我们，在寻找遥远系外行星上的生命过程中，氧气可能是我们最重要的生物特征之一。通过数值模拟从地球吸取的经验教训，奥尔森及其同事探索了一个关键范围的行星比在地球历史上观察到的可能性更广泛。重要的是，这项工作揭示了包括行星季节性在内的关键因素如何增加或减少从太阳系外的生命中找到氧气的可能性。这些结果肯定有助于指导我们寻找那种生命。”
里昂教授没有参与这项工作。
探索
其他行星上的类地生物圈可能很少见
Goldschmidt 会议提供